中国计算机报

物联网与人工智能的未来是泛在网

作者:佚名 来源:中国计算机报 202030期 时间:2020-09-08

也不知从什么时候起,人们突然就来到了人工智能(AI)时代。人人言必称人工智能,日常使用的家用电器装上了电子屏,立刻就变成了智能家电。好像任何东西只要带上“智能”的前...

  也不知从什么时候起,人们突然就来到了人工智能(AI)时代。人人言必称人工智能,日常使用的家用电器装上了电子屏,立刻就变成了智能家电。好像任何东西只要带上“智能”的前缀,立刻就会身价倍增。

  人工智能的概念主要由Alan Turing(艾伦·图灵)提出,同时他还提出一种用于判定机器是否智能的试验方法,即图灵试验,因此,艾伦·图灵被后人称为计算机之父和人工智能之父。1956年在达特茅斯学院举行的一次会议上,不同领域的科学家正式将人工智能确立为研究学科,这成为人工智能诞生的标志。

  人工智能发展概况

  1955年到1974年,人工智能迎来了第一次发展高潮。对很多人来讲,这一阶段开发出来的程序堪称神奇:计算机可以解代数应用题、证明几何定理、学习和使用英语。在众多研究当中,“搜索式推理”“自然语言”和“微世界”在当时极具影响力,因而获得美国政府大量研究经费资助。1974年到1980年,人工智能遭遇到了第一次寒冬,研究人工智能的学者们遭遇到当时无法突破(如算力等基础性障碍)的瓶颈,人工智能也只能停留在“玩具”阶段止步不前,远远达不到曾经预言的智能。20世纪80年代,因“专家系统”的人工智能程序开始被全世界的大公司采纳,人工智能迎来了第二次发展高潮。日本政府拨款8500万美元支持第五代计算机项目,其他国家也纷纷跟进,对人工智能的研究提供巨额资助,其目标是制造出能够与人对话、翻译语言、解释图像,能够像人一样推理的机器。但高成本的人工智能硬件市场需求突然下跌,美国Apple和IBM公司生产的个人台式电脑的性能不断提升,受到市场极力追捧。1987年人工智能遭遇到第二次寒冬。从1993年至今,信息时代的计算机、互联网和物联网,以及相关的云计算、大数据、区块链、机器人、机器学习、边缘计算、自然语言、机器视觉、5G等各项科技领域的迅速发展,人工智能迎来了第三次发展高潮。

  如同蒸汽时代的蒸汽机、电气时代的发电机、信息时代的计算机和互联网,人们普遍认定,人工智能将是推动人类进入智能时代的决定性力量,全球产业界纷纷抢滩布局。世界主要发达国家均把发展人工智能作为提升国家竞争力、维护国家安全的重大战略,力图在国际科技竞技场中掌握主导权。加快发展新一代人工智能是事关我国能否抓住新一轮科技革命和产业变革机遇的战略问题。2017年,国务院印发《新一代人工智能发展规划》,从国家层面,对人工智能产业开展系统性、战略性、全球性布局。计划到2030年,在人工智能的各领域达到世界先进水平,成为人工智能主要创新国和世界科技强国,达到直接或间接带动相关工业10万亿元的产值。2019年,韩国科技通信部发布《数据及人工智能发展规划》,加大人工智能的投资力度,力争在2030年成为世界数据和人工智能领域的领头羊。同年,德国经济和能源部公布《德国国家工业战略2030》,要用人工智能技术保住其工业强国的领先地位。新一轮科技革命与产业变革的曙光已然可见,我们必须抢抓机遇、奋起直追、力争超越。

  2016年以来,谷歌的AlphaGo(阿尔法狗)人工智能机器人以4∶1的比分战胜围棋九段棋手李世石,后以60连胜击败世界各地围棋高手,再以3∶0的比分战胜世界第一围棋九段棋手柯潔;而后的AlphaGo Zero(阿尔法元)人工智能机器人,从零开始,不需要历史棋谱、不需要先验知识,仅用三天时间通过自己左右手互搏490万棋局来强化学习,最终以100∶0的比分击败AlphaGo;从2011年苹果发布的语音个人助手Siri,到全球遍地开花的智能音箱;从文字识别到2017年iPhone X人脸识别点达到3万个的(TrueDepth)摄像头;再有从无人机的普及应用到无人驾驶汽车的上路行驶,AI似乎已近在咫尺。

  然而,新时代、新技术的变革往往不是一帆风顺的。美国谷歌公司从斯坦福大学挖来世界著名人工智能教授担任首席科学家,中国百度公司几经换将,从微软挖来人工智能高管,却都在一年后铩羽而归或重启跑道;应互联网而生的IaaS(基础设施即服务)、PaaS(平台即服务)、SaaS(软件即服务),与而后跟进的CaaS(通信即服务)、MaaS(物联网即服务)、TaaS(物联网即泛在服务)也都没能成为人工智能的“能量棒”;云脑机器人步履蹒跚,似乎也印证了网络速度是决定人工智能产业发展天花板的重要因素;业界号称“超强人工智能”“强人工智能”抑或是“弱人工智能”都没能给人们带来基本生活的人工智能体验;就连在全球智能家居市场喧嚣一时,被视为“弱人工智能”的谷歌Nest Lab公司,在发布第一代产品后,也很快就销声匿迹……这仿佛是要为人工智能的第三次高潮画上休止符。

  其实,无论是目前定义的强人工智能还是弱人工智能,为了获得真正的智能,必须具有真实的躯体,或称之为硬件,还需要有感知、移动、生存和交互的能力。无论是常识还是推理,都需要大量对世界的认识信息,即数据,机器达不到如同人类一样“看懂”“听懂”和“执行”的能力,达不到设想的人工智能。因此,人们利用物联网、宽带网、大数据和云计算来提升对未来自然语言、机器视觉的处理能力,使深度学习算法在语音和视觉识别领域率先获得了突破,也促进了物联网(IoT)和人工智能的融合与发展。

  AIoT创造更大价值

  在人工智能获得快速发展的同时,物联网也获得了更大的发展。物联网其实并不是一个新概念,之所以能与大数据和云计算技术一道,被列为第三次信息化浪潮的核心技术,是由于物联网能够承载更多的新技术,并能深入到各产业领域。物联网对于人工智能来说,肩负了一个更加重要的任务,即数据、信息等资料的收集。物联网将物理世界的所有物品通过信息传感设备与互联网连接起来进行信息交换,即物物相联,以实现智能化的识别和管理,并应用到更广泛的智慧家居、智慧工业、智慧农业、智慧城市等不同的领域。当今世界信息产业发展的第三次浪潮将奠基于物联网的崛起,物联网也是继计算机、互联网之后,与人工智能一样,又一信息化时代的重大技术变革。当把物联网定义为互联网的延伸时,物联网的应用也就与大数据、云计算和智能化结合起来了,人工智能处于物联网体系的最高层。物联网的各项应用技术最终均指向了人工智能,人工智能也成为能否发挥出物联网巨大价值的关键,同时人工智能也离不开物联网这个重要平台来实现落地和应用,可以说万物互联的背后必然要求万物智能。物联网与人工智能的结合成为科技发展的必然结果,物联网通过人工智能发挥出更大的作用,以便不断拓展物联网的应用边界,产生更大的价值,这也是产业互联网发展的核心诉求之一。物联网和人工智能两者是相辅相成、相互联系的“共同体”,只有同时应用,才能发挥物联网和人工智能共同的优势。由此,人工智能物联网(AIoT)应运而生。

  由于技术还不成熟,现阶段的物联网还没有展现出人们所期望的智能,现阶段的人工智能也只属于在有限领域或简单应用中的自动控制或弱人工智能,远不能达到大众所遐想和期盼的那样。目前困扰物联网和人工智能行业的一个重要问题就是如何实现技术和产品的落地,开发出市场能接受的产品,产生经济效益。

  有需求就有市场,但物联网和人工智能的需求又在哪里?长期以来,人们通常把人工智能与“专家系统”画等号,而忽视了物联网技术的发展,智能家居的落地应用是一个很好的例子。

  智能家居领域不仅吸引了众多的创业公司,传统家电厂商、互联网巨头也都纷纷跟进,希望从各自擅长的领域进入智能家居市场,争夺智能家居入口。从智能手机到互聯网电视,阿里、京东、腾讯、百度、小米、联想、微软、谷歌、苹果等公司相继入局,发布智能音箱产品,并以低价争抢市场,引发了智能家居领域一波又一波的鏖战。智能家居20多年的发展历程中,每隔几年都会有一个引爆点。从2013年至今,智能家居经历了众多风口,包括互联网电视、智能音箱等爆款单品之争;阿里的ALink平台、华为的HiLink、百度的DuerOS物联网操作系统之争。小米董事长兼CEO雷军分析得出,智能家居发展20多年还是难以推动的原因是商业通道和技术通道没有打通。传统家电厂商将AIoT作为未来重要布局,并出现了将“TCL集团”改名为“TCL科技”,“青岛海尔”更名为“海尔智家”,“海信电器”变更为“海信视像”等情况,这种通过去家电化来增加家电产品的科技含量的现象,让人感到一度停滞的智能家居行业又将呈现一波“井喷”式发展。然而,很多从业者并不看好智能家居的前景。一方面,因其大量碎片化的产品科技含量有限,仅能提供一些自动控制或增强性自动控制的功能,很大程度上还是难以满足人们不断提升的对家居智能化的生活需求;另一方面,借助人工智能技术开发的智能门锁、智能音箱、智能电视、智能冰箱、智能人脸识别产品等一大堆单品和系统智能的产品,看似功能和外观新、美、奇、酷、炫、豪,但很难提供真正实用的智能家居功能,基本上还是“可控家居”,离智能化还很遥远。哪怕有了智能手机APP的支持,提供语音控制,但还是停留在控制层面。市面上的智能化大多名不符实。

  中国智能家居产业联盟秘书长周军认为,智能家居的价值关键是看能否给用户带来便捷和快乐。智能家居不能简单看成是单一的智能产品,不是单一的物联网络,也不是全屋智能的一套系统,而是更加个性化且可不断升级来满足用户需求的智能服务。智慧生活使智能化的产品更贴合人性化的需求,更有能提供优质的服务体验,让智能化的服务融入每个人每一天普通的生活当中,用人与人最自然的方式交互,诸如感知、语音、手势再加上人工智能的感知学习和深度学习技术,无论是老人、小孩,甚至残疾人,都可以通过傻瓜式的操作实现智能化家居体验。智能手机也不再是仅仅用来打电话,也可以通过建立符合AIoT的“未来网络”,利用互联网公司平台上运营的通信、软件和服务的生态环境,从而获得便利的信息智能化服务。这才有可能实现真正的AIoT。

  泛在网智慧服务系统

  助力AIoT创造智慧生活

  优质和全面的服务,不是任何单一项目所能提供的,而是生活方方面面的相互依存和作用的结果。有了“泛在网编号管理系统”“物联网网络操作系统”和“无中心交换通信系统”发明专利技术为基础的“泛在网智慧服务系统”,不但解决了基础性物联网的概念、组成、构建和应用,还可用来支撑不同互联网应用的网际网络,如智慧家居网、智慧社区网、智慧城市网、智慧工业网、智慧农业网、智慧交通网、智慧物流网等,可为各行各业提供应用服务的网际网络,共同构建起“泛在网智慧服务系统”。

  泛在网智慧服务系统有6种标配套件,组成最小可编程AIoT的基本核心部件,包括智慧网关、智慧门锁、智慧开关、智慧插座、智慧灯座和智慧监控。

  泛在网智慧服务系统的标配设备采用的通常是普通电器设备的名称,也就表明它们必须是在有人或可能有人环境中使用,且是必不可少的、用来承载大量传感器和控制器的设备。这些设备均可改用不同的面板和结构,适配不同环境、不同喜好、不同用途和不同需求的装饰和应用。也可通过编程来增删不同的传感器和控制器,更新、升级、迭代不同的软件来满足不同自动控制、联合检测和联合控制的智能服务与智慧服务。可以不断给人们带来新服务和新体验,让用户的设备永不过时。高度集成化的标配产品,大大减少了产品的相同性能和功能产品的数量,降低了产品开发、生产、安装的成本。

  当然,标配产品不能提供,也不是用来提供特定功能的设备,如照明灯。泛在网智慧服务系统提供了一套标准的方法,采用中间件技术,直接可把海量碎片化、单功能、单品的物联网设备兼容到泛在网智慧服务系统中来。这不但解决了产品多样性的需求,也为大多数物联网单品设备厂家的产品提供了网络集成的出路。这可让各厂商集中精力把单品做到更为精致,也为物联网产品大规模集成化提供了基础,同时可加快和完善泛在网智慧服务系统产品生态圈的建设。当现有智能家居单品和家电产品接入到泛在网智慧服务系统后,还能获得更多增值的智能服务和智慧服务功能,这更有利于推动其产品的市场渗透率,获得更多的销售收益。

  有了标配产品和兼容产品提供的基本数据采集和设备控制,即可实现用户期望的任何自动控制服务、智能服务和智慧服务。在泛在网智慧服务系统中,是在特定的地点、季节、时间,采集室内外的温湿度、光照度、空气质量、人员情况等数据,根据配备的空调机、新风机、电风扇,门控机、窗控机、窗帘机、灯具等控制设备,并借助早先同等条件下的历史数据的分析和学习,来确保该特定环境的舒适度,且不需要人工干预,这就是人工智能的智能服务。如果泛在网智慧服务系统接收到或识别到某用户将在特定时间到达某个特定环境,如回家或到办公室,泛在网智慧服务系统将自动根据识别到特定人员的身份,并借助早先相同身份的人员在同等条件下的历史数据,对环境进行个性化设定,也不需要人工干预,这就是人工智能的智慧服务。这也表现在通过体征、体态、语音识别或人脸识别到特定人员的身份后,来提供任何个性化需求的服务。

  当泛在网智慧服务系统的智慧网关用来处理设备间的联合检测和联合控制,还可提供更多的智能服务和智慧服务。例如,当智能插座检测到氧含量比智慧开关低,就意味着空气质量不好,则通过空气控制设备的通风功能来改善空气质量;当智慧开关检测到氧含量比智慧灯座低,就意味着可能是二氧化氮偏高,有可能危及生命,则加大通风力度,并发出警告;当智慧灯座检测到氧含量比智慧开关和智慧插座低,就意味着有可能煤气泄漏,将强力排风,发出报警。

  此外,各个用户拥有的智慧网关,包括在办公室、野外和移動的汽车上作为热点应用的远程桥接智慧网关,按泛在网编号管理的规则,以智能业务的需求,通过驻留在智慧网关中的物联网网络操作系统,来调度和处理多个终端设备中的多传感器和多控制器,用联合检测和联合控制的方法,还可把在特定位置具有单一功能的低智能检控设备,改造成可在不同条件下、不同环境中、不同距离、不同需求时都能提供不同智能化业务的虚拟高智能设备。这将打开一个数万亿元级市场。

  仅仅省心、舒适、节能,还不是泛在网智慧服务系统提供自动控制、智能服务和智慧服务的全部。泛在网智慧服务系统中不同区域的网格,按大量的不同服务需求,由各种各样不同的服务商自建的网格服务器群。一周7天,一天24小时,在该区域的网格中,按用户的自动控制、智能服务和智慧服务产生的事件或用户主观要求所触发的需求,结合用户的属性和特征,在互联网上实时、不间断搜寻和收集用户个人或公众,当下需要的、一定会需要的、可能会需要的信息和服务,并把这些信息和服务分发、更新、保存到各用户自建、拥有和归属的智慧网关,一旦获得需求服务的请求,各智慧网关就针对特定用户的特定服务需求自动组群、动态跟随、提供服务、结清费用、保存数据、提交报告、确保追溯,服务完成后自动结束。例如,当智慧网关检测到某个房间的温度升高、湿度降低、氧含量减少、有烟雾、无火光的火情时,智慧网关就发出火情预警到屋主,并同时发送一次性的门禁密码和楼宇、楼层、住户、房间、有人/无人、导航、路径等所有相关信息到左右邻居、物管、保安的智能手机,以便任何第一个接收预警的安保人员上门查看。一旦确认火情,直接点击接警的密码界面,发送地址、导航、小区、路径、楼宇、楼层、房号、房间、结构、布局、材质、有人/无人,以及以失火点为中心,实时跟踪周边住户人员状况的报警信息到最近的消防队,以便有目的地救援、救助和疏散,并建立临时性的火情报告和指挥系统。同时发送报警信息到导航线路的交警,小区门禁和消防路径上停车的车主,以便及时疏通消防通道。发送报警信息到就近的医院,提前做好急救车和急救室的急救准备。发送报警信息到各人保、财保等保险公司,确保第一手保险信息的收集。火灾结束后及时完成事故报告、责任鉴定、保险发放、医保结算。这样的智慧化的服务需求将出现在人们生活中,这也才是人们所需AIoT智慧生活的随需服务。这种以物联网提供感知的服务需求,互联网提供服务的模式,将颠覆有史以来的“人找服务”到“服务找人”。

  而以互联网为基础,采用互联网的技术来实现“互联网+”提供服务的网际网很多。而从“互联网+”到“物联网×”来提供相关智能服务、智慧服务和智慧生活随需服务的网际网就更多。但不变的是物联网感知服务,互联网提供服务。这就是泛在网的精髓,也是今后发展的必然方向。

  如今在5G即将来临的通信时代,物联网、智能家居、智能服务和人工智能也将进入科技竞技的下半场。在公共卫生、疫情管控和社会治理等各个方面,物联网将获得更加重要的支持和青睐,各种创新应用也将成为新一轮创业的热点领域,而这些新领域中一个重要的特点就是AIoT的的深度整合并将广泛应用于智慧城市、智慧工业、智慧农业、智能家居、智慧车联网和智能可穿戴设备等各个领域,而所有这些领域都将具有巨大的发展潜力。

  包容和集成了电信网、广电网、互联网和物联网的“泛在网智慧服务系统”,建立起新基建“信息基础设施”的“未来网络”。通过“泛在网智慧服务系统”的“全网自适应通信”,建立起“未来网络”的“融合基础设施”。通过物联网感知的服务需求,通过不同领域、不同区域、不同需求、不同服务的各种各样“网际网络”来提供智能化的服务,如已有或新建的物联网和互联网服务网站,建立起“未来网络”的“创新基础设施”。新基建的“未来网络”颠覆了传统人找服务到新的服务找人模式,提供了从自动控制到智能服务、智慧服务和智慧生活的随需服务。全球分布式区块链公链数据库的数据存储和管理,确保物联设备的安全、用户隐私数据的安全和应用数据的溯源。以此建立普遍信用管理机制的基础,更是全球性公共卫生与防疫和社会管理的最大、最有效、最直接的新基建的基础。

  因此,有理由相信:物联网和人工智能的未来就是泛在网。

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